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EXPRESIÓN CLÍNICA DE LAS DEPLECIONES DEL ADN MITOCONDRIAL
Yolanda Campos
Unidad de Patología Mitocondrial
2013
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MIOPATÍAS MITOCONDRIALES
ENCEFALOMIOPATÍAS MITOCONDRIALES
ALTERACIONES EN LA CADENA RESPIRATORIA MITOCONDRIAL
DISMINUCIÓN DE ATP
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SUBUNIDADES CODIFICADAS POR EL ADNn SUBUNIDADES CODIFICADAS POR EL ADNmt
Q Q C
4
10 > 40
7 1
NADH+ H+ NAD SUCCINATO FUMARATO
½O2+2H+
ADP+Pi
10
3
H2O
H+ H+
H+ H+
H+
15
2
ATP
H+ H+
H+
H+
H+ H+ H+ H+
H+ H+ H+
H+ H+ H+
H+ H+
H+
Ácidos grasos
Hidratos Carbono
Aminoácidos
Piruvato
Piruvato Ácidos grasos
Aminoácidos
Acetil CoA Β-Oxidación
PDH Transaminación
Ciclo de Krebs
CITOSOL
Espacio Intermembrana
Matriz Mitocondrial
MITOCONDRIA
MI
ME
Glucolisis
C I C III C II C IV C V
e -
e - e -
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• LA ACTIVIDAD DE LA CADENA RESPIRATORIA MITOCONDRIAL ESTÁ REGULADA A DOS NIVELES:
• GENOMA MITOCONDRIAL • GENOMA NUCLEAR
CARACTERÍSTICAS GENÉTICAS
COMUNICACIÓN INTERGENÓMICA
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POLIPLASMIA
Núcleo
Mitocondria
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REPLICACIÓN DEL ADNmt
MITOSIS EFECTORES EXTERNOS O INTERNOS
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Replisoma: Replicación del ADNmt
• Polimerasa γ • mtSSB •Twinkle •RNAsa MRP •Endonucleasa G •RNAsa H1 •Topoisomerasa (I y IIIα) •mtTFA •DNA ligasa III
• “pool” de dNTPs
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ALTERACIONES EN EL GENOMA MITOCONDRIAL
• Mutaciones puntuales / deleciones •Depleción de la molécula
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SÍNDROME DE DEPLECIÓN
• Descrito por primera vez en el año 1991. • Se manifiesta en la infancia normalmente. • Patrón de herencia autosómico recesivo. • Puede afectar a varios órganos o ser tejido-
específica. • Pueden existir o no FRR. • En general, con una alteración multienzimática de los complejos de la CR.
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SÍNDROME DE DEPLECIÓN DEL ADNmt
Se trata de una alteración cuantitativa del ADN mitocondrial, que se caracteriza por existir un
menor número de copias de la molécula (<30%)
ADNmt
ADNn
P C
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SÍNDROME DE DEPLECIÓN DEL ADNmt
• 24 de 114 pacientes (21%) • 25% con FRR • Edad comienzo:<1 (70.8%) • Herencia: AR (7) • ADNmt residual: 5.1-34%
8
5
2
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
DEPLECIÓN
MIOPATÍA
MIOPATíA OCULAR
S. LEIGH
ENCEFALOMIOPATÍA
0
2
4
6
8
10
12
14
16
LEIGHFMOMIOPATIAM+EEE+HEPOTROS
N=50
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ASPECTOS CLÍNICOS
• FORMA MIOPÁTICA
• FORMA ENCEFALOMIOPÁTICA • FORMA HEPATOCEREBRAL
• FORMA
MIONEUROGASTROINTESTINAL
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Deoxiguanosina Deoxiadenosina
Timidina Deoxicitidina
dNMPs dNDPs dNTPs ADNmt POLG
Twinkle
dGK
TK2
SUCL
Timidina dTMP dNDPs dNTPs
Timina dUMP NDPs
Citosol
Matriz mitocondrial
TP RNR
MGME1
TK1
TYMS
NDPK
Síntesis de dNTPs Replicación y mantenimiento ADNmt Otras funciones
“de novo” “de salvamento citosólico”
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Polimerasa-γ
•Subunidad catalítica p140: POLG 1(15q25) polimerasa 5´→3´, exonucleasa 3´→5´, 5´dRP liasa
•Subunidad accesoria p55: POLG2 (17q) procesabilidad y afinidad
Heterodímero de 195 kDa PolγA
PolγB
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Polimerasa-γA: POLG1
POLG1 (15q25)
W478S
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Polimerasa-γA: POLG1
•Sindromes autosómico dominantes: •adPEO •Parkinsonismo, alteraciones gonadales, alteraciones psiquiátricas. •Síndromes autosómico recesivos: •arPEO •SANDO •MIRAS (ataxia recesiva mitoc. del adulto) •Parkinsonismo y Neuropatía periférica
•S. de Alpers y Neuropatía de Navajo
DELECIONES MÚLTIPLES
DEPLECIÓN
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Twinkle
•Proteína hexamérica, helicasa mitocondrial •Codificada por el gen C10orf2 (10q22)
•Mutaciones asociadas a:
•adPEO (alteración psiquíatrica, ataxia, parkinsonismo)
•IOSCA (Ataxia espinocerebelosa infantil: hipotonía, ataxia, crisis epilépticas, PEO, sordera, Atrofia óptica, hipogonadismo, etc )
•Encefalopatía con afectación hepática
DELECIONES MÚLTIPLES
DEPLECIÓN
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Exonucleasa 1: MGME1
• Localización: 20p11.23. 344 aa • Actividad exonucleasa, capaz de cortar en regiones con ssDNA, DNA y RNA-DNA con oligonucleótidos libres en su extremo 5´. • Su déficit provoca la acumulación de 7S DNA y moléculas intermediarias de ADNmt.
• Infancia, adolescencia, etapa adulta • PEO, debilidad, ↓ IMC, insuficiencia resp. • Retraso mental, alteraciones columna, ataxia, S. gastrointestinales, cardiopatía, cólicos renales • Histología: COX (-) y FRR • Déficit multienzimático • Depleción y DM
Loss-of-function mutations in MGME1 impair mtDNA replication and cause multisystemic mitochondrial disease
Kornblum C et al.
Nature Genetics (2013) 45: 214-21
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Timidina Kinasa 2
• TK2: 16 q 22
• Proteína: 307 aminoácidos.
• Asociada a la forma miopática del síndrome de depleción (15%): Hipotonía, debilidad, Ck elevada, fallo respiratorio, RRF, COX-.
•Déficit múltiple CR músculo.
•Otros: atrofia musc.espinal tipo 3 like, Síndrome de espina rígida, miopatía de lenta evolución y larga supervivencia.
“Hot spot”
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• DGUOK: 2p13
• Proteína: 277 aminoácidos
•Asociada a la forma hepatocerebral de la enfermedad: cuadro neonatal con fallo hepático, nistagmus e hipotonía. Aumento de tirosina en sangre e hiperlactacidemia. Fibrosis, esteatosis, proliferacion ductular biliar,etc
•Mutaciones nonsense, splice site, o frame-shift: encefalohepática.
•Mutación misense: hepatopatía.
•< 10% DNAmt, músculo normal
Deoxiguanosina kinasa
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Ribonucleótido reductasa (sub. pequeña): p53R2
•Codificada por el gen RRM2B (8q21.3-22.2) •Homología con la subunidad R2 de la RNR, heterodímero, encargado de la conversión “de novo” de los ribonucleósidos 5´-difosfatos en deoxiribonucleosidos 5´-difosfatos. • Se expresa en cualquier momento del ciclo celular inducida por el daño en el ADN. • Fenotipos: •Familia 1: RN, hipotonía, acidosis láctica y tubulopatía proximal. •Familia 2: RN, hipotonía, tubulopatía, acidosis láctica, crisis y diarrea. • MNGIE-like • Déficit multienzimático y FRR
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GDP succinilCoA ligasa: subunidad α
•Gen SUCLG1: 2p11.2 •Heterodímero con la sub. β (SUCLA2)
•Fenotipo: RN, curso fatal, con hepatomegalia, hipotonía, hipotermia, Encefalopatía (EEG) •Acidosis láctica, hipoglucemia, excrección de metilmalonato y Metilcitrato •Déficit multienzimático en hígado y Músculo •Histología normal •Depleción severa en músculo e hígado
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ADP-succinilCoA ligasa:subunidad β •Gen SUCLA2: 13q12.2-13 •Heterodímero con la subunidad α, para formar el enzima susccinato CoA ligasa. •Fenotipos: •Leigh-like, sordera. •Retraso psicomotor, hipotonía, distonía progresiva, sordera neurosensorial, polineuropatía, GB, epilepsia, o cardiopatía. •Excrección aumentada de ácidos metilmalónico Y metilcítrico y de sus ésteres de carnitina. •Deficits multienzimáticos en músculo •Depleción: 21-31%
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Timidina Fosforilasa: TP
• Codificada por TYMP (22q13-32)
• Responsable del síndrome AR MNGIE (PEO, miopatía, neuropatía, leucoencefalopatía, dismotilidad intestinal). • 2ª-5ª década de vida. • Déficit multienzimático CR • Delecciones múltiples y/o depleción.
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Mpv17
•2p21 •Proteína localizada en la MIM •Función desconocida (su ortólogo mutado en ratón da lugar a enfermedad renal). •Neonatos •Hepatopatía severa hipoglucemia, acidosis láctica, y curso fatal. •Encefalopatía. Histología: fibrosis portal y lobular y alteraciones mitocondriales. •Neuropatía de Navajo •Déficit multienzimático en hígado •Depleción severa: 5-15% en hígado y menor en músculo
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Diagnóstico
• Evaluación neurológica: neuroimagen, velocidad de conducción nerviosa, EMG, EEG. • Evaluación hepática: transaminasas, albúmina, glucosa en ayunas, amonio y coagulación. Ecografía. • Evaluación gastrointestinal: RX, CT, contraste, sigmoidoscopia, manometría antroduodenal, endoscopia. • Ecocardio y electrocardiograma. • Función pulmonar. • Evaluación nuctricional. • Examen de orina.
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Tratamiento
• Crisis: no ácido valproico o valproato sódico.
• Fisioterapia: mantenimiento de función muscular y respiración.
• Modulación nutricional: fórmulas enriquecidas (triglicéridos de cadena media), prevención de crisis de hipoglucemia con ingestas mas frecuentes, harina máiz (en las formas hepatocerebrales). • Cofactores: folato (Alpers), levocarnitina, creatina monohidrato, Coenzima Q10, vitaminas B, C y E, ácido lipoico. Piruvato sódico (formas miopáticas). Succinato y ubiquinona (MPV17). • Trasplante hepático: en adultos (POLG).
• Diálisis peritoneal e infusión de plaquetas de donantes en MNGIE.
• Trasplante alogénico de células madre (HSCT) en MNGIE